Lại Văn Linh
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các
bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh
cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày
nay thường sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều.
Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần
mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì
vậy tăng độ chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.
2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học
của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ
KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc
độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng
tải, bánh lăn phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ
nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài .
Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn
cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản
vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
1
Lại Văn Linh
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ
biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách
độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều
chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần
dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của

và dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được
thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần
cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ
cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và
phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ
tĩnh
b. Các loại biến tần :
gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
3
BT
U
1
,f
1
U
2
,f
2
Lại Văn Linh
Điện áp vào BT có điện áp U
1
và tần số f
1
chỉ qua một mạch van là ra ngay tải
với tần số f
2

CL
NL
U
1
,f
1
U
2
,f
2
Lại Văn Linh
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu
chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt
gọi là điôt chặn.
MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
P
đm
= 37 kW
dm
th
M
M
= 3,6
dm
kd
M
M
=3,3
U

I
III
s
d
d
s
s
dds
370
cos63
cos
63
7,116
6
.
6
1
1
1
1
1
==⇒=
==⇒=
π
ϕ
ϕ
π
π
π
* Dòng chảy qua các van T

Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:
LoạI I
tb
(A) U
im
(V)
∆U(V)
Tốc độ quạt(m/s)
B-200 200 100-1000 0.7 12
⇒
Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200
6
Lại Văn Linh
* Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức
2
mn
m

2
m
=ϕ−=
- I
n
: dòng định mức = 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10
-3
H
- U
m
: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
2
33
max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C






−+=⇒
−−

134,0
HL =
××
××
=⇒
π
2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu
* Theo tính toán phần trên ta có:
I
d
= 116,7 (A); U
d
= 370 (V)
* Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V
⇒
có thể không cần sử
dụng MBA.
7
Lại Văn Linh
Ta có:
41,0
63
coscos
63
2
2
=
×
=⇒=
U

=2; K
U
=1,6
I
C
=2x38,9=78,9≈80 (A)
U
C
=1,6x930,8≈1500 (V)
⇒
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-500
3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.

sq
I
8
s

ϕ
2.Tính dòng danh định tạo mômen quay I
sqN
.
)(2,1092
22
AIII
sdNNsqN
=−≈
3. Hằng số thời gian roto T
r
ở chế độ danh định.
s
I
I
T
sdNrN
sqN
r
01822,0
1,689,87
7,113
=
×
==
ω
srad
n
f
NrN



ϕ−ϕ=
σ

Ω=














−= 342,0
91.3
220
2,109
1,68
72,062,0
5.Tính điện kháng phức X
h
.
9

.
s
R
L
T
If
XI
RR
H
f
X
L
X
X
s
s
s
sqNN
nsdNrN
rs
N
n
s
n
09125,0
08,0
0073,0
)(08,0
2,109314
296,21,689,87

σ
4 . Tính các thiết bị đo:
a, Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên
lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.
10
R
C
R
T
W
Lại Văn Linh
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
Kω hệ số tỷ lệ Kω = Uω/ω Uω = 10V
τfω là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
Chọn τfω = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:
b.Phản hồi dòng:
11
ω=
ω
ω
.
K
U
( )
( )
Pj
K

ft
001,01
1326,0
+
=
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
Lại Văn Linh
Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình
vẽ
Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện
trở Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện
áp vi sai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch
đạI tạo ra đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.
Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.
điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V
=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
12
1
2
133
075.0

0 thì:
const
UU
dm0
sdm
0
S
S
=
ω
=
ω
=Ψ
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator
có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông
cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông
rotor không đổi:
const
r
=Ψ
. Ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa
vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng
mạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:













Ψω−−Ψ=
Ψω+−Ψ=
rxssymry
r
ryssxmix
r
)iL(
T
1
0
)iL(
T
1
0
trong đó:
r
r
r
R
L
T
δ
δ
=

I ω+
Ψ
=
δ
Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotor
luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động
cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.
Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng
giá trị từ thông định mức, như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của
động cơ KĐB.
* Trong thiết kế môn học này chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua
từ thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng
chính lưu I
d
và tần số trượt f
2
.
15
Lại Văn Linh
- Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng
điện stato I
1
và tần số trượt f
2
sao cho từ thông của máy điện được giữ không
đổi.
• Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I
1
(f
2

17
Lại Văn Linh
2*
2
2
2
2
22
1
f1
*f1
I
ϕσ+
ϕ+
=
trong đó
21
2
m
2
2dm1
2
LL
L
1
R
L.
−=σ
ω
=ϕ

SsMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I).(F.K
T1
I.
R
L
2
3
M ω=
ω+
ω
=
II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
18
Lại Văn Linh
- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R
1
, người
ta dùng sơ đồ đơn giản sau:
19
I

: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc
L
1t
, R
1
: điện cảm tản, điện trở 1 pha stato
20
Lại Văn Linh
L
2t
, R
2
: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về stato
s: hệ số trượt
* Ta có hàm truyền đạt bộ chính lưu
CL
CL
dk
d
dkcr
pT1
K
U
U
W
+
==
+
U
d

I
∑
∑
∑∑
+
=
+
=
trong đó
∑
∑
∑
=
R
L
T
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện.
21
U
ud
U
uđk
U
ir
U
iđ

+
∑
∑

I
.
R
L
'p
2
3
M
ω+
ω
=
ω
s
: tốc độ truyền của động cơ
T
r
: hằng số thời gian mạch roto
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ
22
I
S
2
+
-
M
C
I
S
-U
ω

R
L
2
3
Jp
1
ω
ω
+
pT1
K
K
do
Lại Văn Linh
Trong đó:
2
ssMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I)(F.K
T1
I
R

I
MM
M ∆
∂
∂
+ω∆
ω∂
∂
=∆
tại (M
đm
, w
sđm
, I
1đm
) ta có
23
Lại Văn Linh
B
T1
I2
R
Lm
2
3
I
M
A
)T1(
T1

∂
∂
=
ω+
ω−
=
ω∂
∂
* Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi
đã tuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ)
24
-
-
+
-
+ +
∆I
S
I
d
M
C
∆ω
S
U
ωđt
ω
K
do
R

i
d
Lại Văn Linh
IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá.
1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều)
08569,0
7,116
10
===
ddm
i
do
I
U
K
5,37
10
5,370
===
cCL
CL
U
Ud
K
2. Máy phát tốc.
ppT
K
pF
tt
01,01